(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジアル軸受面とその両端に形成したスラスト軸受面を備えた外方部材と、この外方部材の内側に配置され、前記ラジアル軸受面とスラスト軸受面のそれぞれに対向するラジアル軸受面とスラスト軸受面を備え、内周に軸との固定面を形成した内方部材とからなり、前記外方部材と内方部材のラジアル軸受面間にラジアル軸受隙間を形成すると共に対向する前記ラジアル軸受面のどちらか一方にラジアル動圧溝を形成し、かつ前記外方部材と内方部材のスラスト軸受面間にスラスト軸受隙間を形成すると共に対向する前記スラスト軸受面のどちらか一方にスラスト動圧溝を形成し、前記軸受隙間に潤滑油を介在させた流体動圧軸受装置において、
前記内方部材の少なくともラジアル軸受面とスラスト軸受面を形成する部分が焼結金属からなり、前記ラジアル軸受隙間とスラスト軸受隙間との間の空間が正圧に保たれており、前記外方部材が外側の外方部材と内側の外方部材の２つの部材からなり、当該２つの外方部材は、いずれも円筒部と半径方向部とが一体材料で形成されており、かつ前記円筒部を嵌合して固定したものであることを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項２】
前記焼結金属を銅鉄系とし、銅の配合比率が１０〜８０％であることを特徴とする請求項１に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項３】
前記焼結金属は、少なくともラジアル軸受面の表面開孔率が２〜２０％であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項４】
前記ラジアル動圧溝およびスラスト動圧溝が、内方部材のラジアル軸受面及びスラスト軸受面にそれぞれ形成されていること特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項５】
前記スラスト動圧溝がポンプアウト型であることを特徴とする請求項１に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項６】
前記ポンプアウト型のスラスト動圧溝がヘリングボーン形状であることを特徴とする請求項５に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項７】
前記ラジアル軸受隙間とスラスト軸受隙間との間の空間に位置する前記内方部材の外表面部分に前記各軸受面よりも表面開孔率が大きな領域が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項８】
前記内方部材のラジアル軸受面およびスラスト軸受面の少なくとも一方に封孔処理が施されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項９】
ラジアル軸受面とその両端に形成したスラスト軸受面を備えた外方部材と、この外方部材の内側に配置され、前記ラジアル軸受面とスラスト軸受面のそれぞれに対向するラジアル軸受面とスラスト軸受面を備え、内周に軸との固定面を形成した内方部材とからなり、前記外方部材と内方部材のラジアル軸受面間にラジアル軸受隙間を形成すると共に対向する前記ラジアル軸受面のどちらか一方にラジアル動圧溝を形成し、かつ前記外方部材と内方部材のスラスト軸受面間にスラスト軸受隙間を形成すると共に対向する前記スラスト軸受面のどちらか一方にスラスト動圧溝を形成し、前記軸受隙間に潤滑油を介在させ、前記内方部材の少なくともラジアル軸受面とスラスト軸受面を形成する部分が焼結金属からなり、前記ラジアル軸受隙間とスラスト軸受隙間との間の空間が正圧に保たれており、前記外方部材が外側の外方部材と内側の外方部材の２つの部材からなり、当該２つの外方部材は、いずれも円筒部と半径方向部とが一体材料で形成されており、かつ前記円筒部を嵌合して固定したものである流体動圧軸受装置の製造方法であって、
前記外方部材を板材のプレス加工により形成することを特徴とする流体動圧軸受装置の製造方法。
【請求項１０】
前記ラジアル軸受隙間とスラスト軸受隙間との間の空間に位置する前記内方部材の外表面部分に前記各軸受面よりも表面開孔率が大きな領域が設けられており、
前記内方部材のラジアル動圧溝およびスラスト動圧溝の少なくとも一方をプレス加工によって形成し、前記領域が前記プレス加工の加工面でないことを特徴とする請求項９に記載の流体動圧軸受装置の製造方法。
【請求項１１】
前記ラジアル軸受隙間とスラスト軸受隙間との間の空間に位置する前記内方部材の外表面部分に前記各軸受面よりも表面開孔率が大きな領域が設けられており、
前記内方部材のラジアル動圧溝およびスラスト動圧溝の少なくとも一方を転造加工によって形成し、前記領域が前記転造加工の加工面でないことを特徴とする請求項９に記載の流体動圧軸受装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内方部材と外方部材との間の軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用で、回転体を回転自在に支持する流体動圧軸受装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パソコンやＯＡ機器などに搭載されるファンモータには軸受が組み込まれており、この軸受によって、ファンが取り付けられた回転軸が回転自在に支持されている。この種の用途には、外輪と内輪との間に複数の転動体が介在され、この転動体を保持する保持器とからなる、いわゆる転がり軸受が一般的に使用されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
一方、流体動圧軸受装置として、円筒状の軸受リングとこの両端に嵌合された軸受プレートから構成された外方部材とその内側に配置された内方軸受プレート部材とからなる構造の流体動圧軸受装置がある（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２４９１４２号公報
【特許文献２】特開２００８−２７５１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、パソコンやＯＡ機器などに搭載されるファンモータなどは、長時間にわたり連続運転されることから、近年、静粛化や高信頼性が求められる。しかしながら、転がり軸受では、運転時に保持器のポケットと転動体とが衝突することによって生じるいわゆる保持器音や、内外輪の軌道面上を転動体が転動することによって生じる摩擦音等の発生が避けられないことから、更なる静粛性向上の要請に対応するのが困難である。
【０００６】
この問題に関して、本発明者らは、流体動圧軸受装置に着目した。その例として、特許文献２に示されている流体動圧軸受装置は、第１の軸受リング（１２）と、第１の軸受リング（１２）から内径側に突出した一対の第１の軸受プレート（１６、２０）とで外方部材（第１の軸受部材）を構成すると共に、回転軸に取り付けられる円筒状の第２の軸受リング（１４）と、第２の軸受リング（１４）の外周面に固定された第２の軸受プレート（１８）とで内方部材（第２の軸受部材）を構成している。内方部材が回転すると、第１の軸受リング（１２）の内周面と第２の軸受プレート（１８）との間にラジアル軸受隙間が形成されると共に、一対の第１の軸受プレート（１６、２０）と第２の軸受プレート（１８）との間にスラスト軸受隙間が形成される。一対の第１の軸受プレート（１６、２０）と第２の軸受プレート（１８）とが軸方向に係合することにより、外方部材の内周から内方部材の抜けが規制され、流体動圧軸受装置を一体化できるため、ファンモータ等への組みつけがしやすくなる。
【０００７】
しかし、上記の流体動圧軸受装置では、外方部材を多くの部品で構成しているので、各部品の加工コストおよびこれらの部品の組立コストが嵩み、コスト低減を図ることが難しい。また、高精度な動圧溝の加工が難しい。
【０００８】
また、ラジアル軸受隙間とスラスト軸受隙間との間の空間に潤滑油の供給が不足しこの部分が負圧になった場合は、軸受部の性能劣化が生じ、内方部材と外方部材の接触などの問題が生じるおそれがある。
【０００９】
本発明の課題は、静粛性に優れ、高精度で軸受性能の劣化がなく、かつ低コストに製造可能な流体動圧軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記の課題を解決するために種々検討した結果、流体動圧軸受装置の軸受性能の劣化を防止するために、ラジアル軸受隙間とスラスト軸受隙間との間の空間に介在する潤滑油の圧力を正圧に保つという新しい着想に至った。
【００１１】
本発明は、ラジアル軸受面とその両端に形成したスラスト軸受面を備えた外方部材と、この外方部材の内側に配置され、前記ラジアル軸受面とスラスト軸受面のそれぞれに対向するラジアル軸受面とスラスト軸受面を備え、内周に軸との固定面を形成した内方部材とからなり、前記外方部材と内方部材のラジアル軸受面間にラジアル軸受隙間を形成すると共に前記ラジアル軸受面のどちらか一方にラジアル動圧溝を形成し、かつ前記外方部材と内方部材のスラスト軸受面間にスラスト軸受隙間を形成すると共に前記スラスト軸受面のどちらか一方にスラスト動圧溝を形成し、前記軸受隙間に潤滑油を介在させた流体動圧軸受装置において、前記内方部材の少なくともラジアル軸受面とスラスト軸受面を形成する部分が焼結金属からなり、前記ラジアル軸受隙間とスラスト軸受隙間との間の空間が正圧に保たれていることを特徴とするものである。
【００１２】
上記のように、内方部材の少なくともラジアル軸受面とスラスト軸受面を形成する部分が焼結金属からなるので、高精度で静粛性に優れ、かつ低コストに製造が可能である共に、ラジアル軸受隙間とスラスト軸受隙間との間の空間が正圧に保たれているので、軸受性能の劣化を防止することができる。ここで、正圧とは大気圧より高い圧力を意味する。
【００１３】
外方部材が外側の外方部材と内側の外方部材の２つの部材からなり、当該２つの外方部材は、いずれも円筒部と半径方向部とが一体材料で形成されており、円筒部を嵌合して固定される。これにより、外側および内側の外方部材の嵌合部が十分な長さを有するので、安定した嵌合、固定が得られると共に、外方部材の剛性が高く、かつ軸受隙間を高精度に設定することができる。さらに、外方部材を板材のプレス加工により形成したものでは、このプレス加工によりラジアル軸受面やスラスト軸受面が高精度に形成され、かつ、低コストに製造することができる。
【００１４】
内方部材が焼結金属からなるので、内方部材のラジアル軸受面に動圧溝を形成する場合、動圧溝を転造加工する際の塑性流動を焼結金属の内部気孔で吸収でき、このため、塑性流動による表面の盛り上がりが抑えられ、動圧溝を精度良く形成することができる。また、内方部材のスラスト軸受面に動圧溝を形成する場合、プレス加工や内方部材のサイジングと同時に型成形することができるので、精度良く、かつ低コストに製造することができる。
【００１５】
具体的には、軸受面を形成する部分の焼結金属の材質を銅鉄系とし、銅の配合比率を１０〜８０％としている。銅の配合比率が１０％未満になると動圧溝の成形性や潤滑性で問題となり、一方、銅の配合比率が８０％を超えると耐摩耗性を確保することが難しい。したがって、銅の配合比率は１０〜８０％が望ましい。
【００１６】
焼結金属のラジアル軸受面の表面開孔率を２〜２０％としている。表面開孔率が２％未満では潤滑油の循環が十分でなく、表面開孔率が２０％を超えると潤滑油に発生した圧力低下が生じる。したがって、表面開孔率は２〜２０％が望ましい。
【００１７】
ラジアル動圧溝およびスラスト動圧溝が、内方部材のラジアル軸受面及びスラスト軸受面にそれぞれ形成されている。これにより、焼結金属からなる内方部材の動圧溝が転造加工やプレス加工、あるいはサイジング時の型成形により精度良く、かつ低コストに製造できる。
【００１８】
スラスト動圧溝がポンプアウト型であることにより、潤滑油が外径側に送られて、ラジアル軸受隙間とスラスト軸受隙間との間の空間に存在する潤滑油の圧力が正圧に保たれるので、軸受性能の劣化を防止することができる。ポンプアウト型のスラスト動圧溝としてヘリングボーン形状が好ましい。
【００１９】
ラジアル軸受隙間とスラスト軸受隙間との間の空間に位置する内方部材の外表面部分に各軸受面よりも表面開孔率が大きな領域が設けられていることにより、内方部材の表面開孔率の大きい外表面部分に内部の潤滑油が導かれ、この部分の潤滑油の圧力が正圧に保たれる。これにより、軸受性能の劣化を防止することができる。
【００２０】
内方部材のラジアル動圧溝およびスラスト動圧溝の少なくとも一方がプレス加工によって形成されたものであるが、内方部材の外表面部分の表面開孔率が大きな領域は、上記プレス加工の加工面としないことにより、追加加工なしで簡単に形成することができる。
【００２１】
内方部材のラジアル動圧溝およびスラスト動圧溝の少なくとも一方が転造加工によって形成されたものであるが、内方部材の外表面部分の表面開孔率が大きな領域は、上記転造加工の加工面としないことにより、追加加工なしで簡単に形成することができる。
【００２２】
内方部材のラジアル軸受面およびスラスト軸受面の少なくとも一方に封孔処理が施されている。これにより、潤滑油の圧力低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、内方部材の少なくともラジアル軸受面とスラスト軸受面を形成する部分が焼結金属からなるので、高精度で静粛性に優れ、かつ低コストに製造が可能である共に、ラジアル軸受隙間とスラスト軸受隙間との間の空間が正圧に保たれているので、軸受性能の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態の流体動圧軸受装置の縦断面図である。
【図２】内方部材に形成された動圧溝を示す正面図および側面図である。
【図３】流体動圧軸受装置の部分的に拡大した縦断面図である。
【図４】流体動圧軸受装置を組み込んだファンモータの縦断面図である。
【図５】第１の実施形態の変形例の流体動圧軸受装置の縦断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の流体動圧軸受装置の縦断面図である。
【図７】第２の実施形態の流体動圧軸受装置の右側面図である。
【図８】図６のＢ−Ｂ線の横断面図である。
【図９】組立方法を示す縦断面図である。
【図１０】組立方法を示す縦断面図である。
【図１１】外方部材の嵌合部に接着剤を注入する状態を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
本発明の第１の実施形態に係る流体動圧軸受装置を図１〜図３に基づいて説明する。図１に示すように、流体動圧軸受装置１０は、内方部材１１と、この内方部材１１を回転自在に支持する外方部材２０とを備える。内方部材１１は回転軸（図示省略）に取り付けられ、外方部材２０はハウジング（図示省略）に取り付けられる。軸方向および半径方向で互いに対向する内方部材１１と外方部材２０の各面間（ラジアル軸受隙間Ｒおよびスラスト軸受隙間Ｔ）には潤滑油が介在している。
【００２７】
内方部材１１は焼結金属で形成されている。内方部材１１は、外周面１２と両側面１３、１３を有し、外周面１２がラジアル軸受面１２Ｒを形成し、両側面１３、１３がスラスト軸受面１３Ｔ、１３Ｔを形成する。外周面１２は円筒面状をなし、両側面１３、１３は軸線Ａに直角な半径方向の平坦面となっている。内方部材１１のラジアル軸受面１２Ｒと外方部材２０のラジアル軸受面２９Ｒとの間にラジアル軸受隙間Ｒが形成され、内方部材１１のスラスト軸受面１３Ｔ、１３Ｔと外方部材２０のスラスト軸受面２３Ｔ、２４Ｔとの間にスラスト軸受隙間Ｔ、Ｔが形成されている。内方部材１１の外周面１２の両端に面取り部１１ｂ、１１ｃが形成されており、外方部材２０との間に空間３０a、３０ｂが形成されている。ラジアル軸受隙間Ｒ、スラスト軸受隙間Ｔ、Ｔおよび空間３０a、３０ｂに潤滑油が満たされている。この潤滑油の充填状態の詳細を示すために、図１の流体動圧軸受装置１０の軸線Ａより上半分を拡大した部分縦断面を図３に示す。潤滑油は、ラジアル軸受隙間Ｒ、スラスト軸受隙間Ｔ、Ｔおよびラジアル軸受隙間Ｒとスラスト軸受隙間Ｔ、Ｔとの間に位置する空間３０a、３０ｂに充填されている。内方部材１１の外周面１２には動圧溝１２ａが形成されている。詳細には、図２（ｂ）に示すように、外周面１２の全面に形成され、Ｖ字状に屈曲した動圧溝１２ａと、これを区画する丘部１２ｂ（図中クロスハッチングで示す）とを、円周方向に交互に配置したヘリングボーン形状を呈する。外周面１２の両端には面取り部１１ｂ、１１ｃが形成されている。動圧溝１２ａは、例えば転造加工により形成される。内方部材１１が焼結金属で形成されるため、転造加工の圧迫による内方部材１１の外周面１２の塑性流動を焼結金属の内部気孔で吸収できる。このため、塑性流動による内方部材１１の表面の盛り上がりが抑えられ、動圧溝１２ａと丘部１２ｂを精度良く形成することができる。動圧溝１２ａの転造加工を行う時に、外周面１２の両端の面取り部１１ｂ、１１ｃは転造加工されない。すなわち、面取り部１１ｂ、１１ｃは、内方部材１１を構成する焼結金属の粉末成形工程で成形されるのみであり、該工程による成形面としてそのまま残る。したがって、面取り部１１ｂ、１１ｃの表面開孔率はラジアル軸受面よりも大きくなっている。
【００２８】
図１に示すように、内方部材１１の両側面１３、１３は、軸線Ａに直角な半径方向の平坦面をなし、両側面１３、１３には動圧溝１３ａ、１３ａが形成されている。詳細は、図２（ａ）、（ｃ）に示す。図２（ａ）は内方部材１１の左側の側面１３を示し、図２（ｃ）は内方部材１１の右側の側面１３を示す。図示のように、両側面１３、１３の全面に形成され、Ｖ字状に屈曲した動圧溝１３ａ、１３ａと、これを区画する丘部１３ｂ、１３ｂ（図中クロスハッチングで示す）とを、円周方向に交互に配置したヘリングボーン形状を呈する。
【００２９】
図２（ａ）（ｃ）に示すように、内方部材の両側面１３、１３に形成したスラスト軸受面１３Ｔ、１３Ｔの動圧溝１３ａ、１３ａを、回転によって外径側に潤滑油を送るポンプアウト仕様にする。スラスト用の動圧溝１３ａ、１３ａのヘリングボーン形状は、回転によって外径側に潤滑油を送るポンプアウト仕様になっている。一般に、ヘリングボーン形状の動圧溝１３ａ、１３ａでは、折り返し部Ｐが設けられるが、この折り返し部Ｐの半径ｒhと、動圧溝１３ａ、１３ａの外半径ｒ1と、内半径ｒ2との間に、ｒh2＝（ｒ12＋ｒ22）／２が成り立つときに、折り返し部Ｐよりも外径側で生じるポンプイン方向の流体圧力と折り返し部Ｐよりも内径側で生じるポンプアウト方向の流体圧力とが等しくなる。例えば直径寸法で、内径がφ２、外径がφ４の場合、折り返し部Ｐの径（２ｒh）がφ３．１６であれば、内径側と外径側で流体圧力が等しくなる。なお、この時の折り返し部Ｐの半径ｒhは外半径ｒ1と、内半径ｒ2の間の中間点よりも大きい。これに対し、本実施形態では、折り返し部の半径ｒを、上記式で得られるｒh［＝（ｒ12＋ｒ22）1/2／２1/2］よりも大きくしている（ｒ＞ｒh）。この場合、折り返し部Ｐよりも内径側で生じるポンプアウト方向の流体圧力がポンプイン方向の流体圧力よりも優勢となるため、スラスト軸受面１３Ｔ、１３Ｔ全体では、ポンプアウト方向（外径方向）に潤滑油が流れて、ラジアル軸受隙間とスラスト軸受隙間との間の空間３０ａ、３０ｂ（図３参照）の潤滑油の圧力は正圧に保たれる。これにより、軸受性能の劣化を防止することができる。スラスト動圧溝１３ａ、１３ａの形態は、ポンプアウト仕様である限り任意であり、ヘリングボーン形状の他、スパイラル形状を採用することもできる。
【００３０】
内方部材１１が焼結金属で形成されるため、両側面１３、１３の動圧溝１３ａ、１３ａは、例えば転造加工により形成される。両側面１３、１３の動圧溝１３ａ、１３ａの転造加工においても、外周面１２の動圧溝１２ａの転造加工と同様、転造加工の圧迫による両側面１３、１３の塑性流動を焼結金属の内部気孔で吸収できる。このため、塑性流動による内方部材１１の表面の盛り上がりが抑えられ、動圧溝１３ａと丘部１３ｂを精度良く形成することができる。また、動圧溝１３ａの転造加工を行う時にも、面取り部１１ｂ、１１ｃは転造加工されない。したがって、面取り部１１ｂ、１１ｃの表面開孔率は、前述したラジアル軸受面１２Ｒとの関係と同様、スラスト軸受面１３Ｔの表面開効率よりも大きくなっている。この面取り部１１ｂ、１１ｃが、内方部材１１の外表面部分に設けた、各軸受面よりも表面開孔率が大きな領域に該当する。これにより、面取り部１１ｂ、１１ｃが面する、ラジアル軸受隙間とスラスト軸受隙間との間の空間３０ａ，３０ｂが何らかの原因で負圧になろうとしても、内方部材１１の内部から面取り部１１ｂ、１１ｃを介して該空間３０ａ，３０ｂに潤滑油を供給し、該空間３０ａ，３０ｂを正圧状態に保持することができる。
【００３１】
図３に示すように、外方部材２０と内方部材１１を組み立てた流体動圧軸受装置１０の内部空間には、焼結金属製の内方部材１１の内部気孔を含めて潤滑油が充填されるので、前述したスラスト用の動圧溝１３ａ、１３ａのポンプアウト仕様により潤滑油が外径側に送られることに加えて、表面開孔率の大きい面取り部１１ｂ、１１ｃには、内方部材１１の内部の潤滑油が導かれることが相俟って、より一層確実に、空間３０a、３０ｂの潤滑油の圧力は正圧に保たれる。これにより、軸受性能の劣化を防止することができる。ポンプアウト仕様のスラスト用動圧溝１３ａ、１３ａ、および表面開孔率を増大させた面取り部１１ｂ、１１ｃは、必ずしも同時に採用する必要はなく、軸受サイズや使用条件によっては、どちらか一方の構成だけを採用してもよい。
【００３２】
内方部材１１のラジアル用動圧溝１２ａおよびスラスト用動圧溝１３ａ、１３ａは、別の加工方法として、プレス加工により型成形することもできる。この場合、金型によるプレス加工であるので、精度良く形成することができる。また、内方部材１１のサイジングと同時にラジアル用動圧溝１２ａおよびスラスト用動圧溝１３ａ、１３ａを型成形することができる。内方部材１１の外周面１２に形成されるラジアル用動圧溝１２ａは、成形後、スプリングバックを利用して金型から取り出すことができる。ラジアル用動圧溝１２ａおよびスラスト用動圧溝１３ａ、１３ａのプレス加工の時にも、面取り部１１ｂ、１１ｃはプレス加工されない。したがって、前述した転造加工の場合と同様、面取り部１１ｂ、１１ｃの表面開孔率は、ラジアル軸受面１２Ｒ、スラスト軸受面１３Ｔの両軸受面よりも大きくなっている。この面取り部１１ｂ、１１ｃが、内方部材１１の外表面部分に設けた、各軸受面よりも表面開孔率が大きな領域に該当する。
【００３３】
図１および図３に示すように、内方部材１１の円筒面状の内周面１１ａの軸方向両端に面取り部１１ｄ、１１ｄが設けられている。内方部材１１は、例えば内周面１１ａを図示しない回転軸の外周面に圧入（軽圧入）することにより、あるいは、内周面１１ａと回転軸の外周面との間に接着剤を介在させることにより、回転軸に固定される。内周面１１ａが軸との固定面に該当する。
【００３４】
内方部材１１を形成する焼結金属の材質は、銅鉄系とし、銅の配合比率を１０〜８０％としている。銅の配合比率が１０％未満となると動圧溝の成形性や潤滑性で問題となり、一方、銅の配合比率が８０％を超えると耐摩耗性を確保することが難しい。潤滑性を考慮すると銅鉄系が望ましいが、鉄系、銅系、ステンレス系など他の材料系でも使用可能である。いずれの場合にも、表面開孔率は潤滑油の循環性と動圧効果が得ることができる範囲であれば任意の値を取ることができるが、２〜２０％の範囲が望ましい。表面開孔率が２％未満では潤滑油の循環が十分でなく、表面開孔率が２０％を超えると潤滑油に発生した圧力が低下する。また、油の循環を妨げない限り、内方部材１１のラジアル軸受面１２Ｒおよびスラスト軸受面１３Ｔの少なくとも一方に封孔処理を施すことができる。これにより、潤滑油の圧力低下を抑制することができる。銅鉄系焼結部材の密度は、潤滑油の連通性や塑性加工性を維持するために、６〜８g／ｃｍ3とする。
【００３５】
次に、外方部材２０を説明する。図１に示すように、外方部材２０は内側の外方部材２０ａと外側の外方部材２０ｂの２つの部材からなり、内側の外方部材２０ａは円筒部２０ａ１と半径方向部２０ａ２とが一体材料で形成されており、また、外側の外方部材２０ｂも、円筒部２０ｂ１と半径方向部２０ｂ２とが一体材料で形成されている。そして、内側の外方部材２０ａと外側の外方部材２０ｂが共に、縦断面が略Ｌ字形状に形成されている。内側の外方部材２０ａの円筒部２０ａ１の外周面２１が外側の外方部材２０ｂの円筒部２０ｂ１の内周面２２に軽圧入され、接着剤４５を介在させて固定されている。
【００３６】
外側の外方部材２０ｂの円筒部２０ｂ１の端面の内周に面取り部２８（図３参照）を設けているので、接着剤４５の注入がしやすい。内側の外方部材２０ａと外側の外方部材２０ｂは、共に板材をプレス加工して略Ｌ字形状に形成されている。具体的には、板材は、ステンレス鋼板や冷間圧延鋼板等を用い、その板厚は、０．１〜１ｍｍ程度である。この実施形態では、内側の外方部材２０ａの円筒部２０ａ１の内周面２９がラジアル軸受面２９Ｒを形成する。内側の外方部材２０ａの半径方向部２０ａ２の内側面２３および外側の外方部材２０ｂの半径方向部２０ｂ２の内側面２４が、それぞれスラスト軸受面２３Ｔ、２４Ｔを形成する。内周面２９および内側面２３、２４はいずれも凹凸のない滑らかな面で形成され、動圧溝１２ａ、１３ａは、内方部材１１の外周面１２および両側面１３、１３に形成されている。外側の外方部材２０ｂの半径方向部２０ｂ２の内径側端部に小径内周面２６が形成され、内側の外方部材２０ａの半径方向部２０ａ２の内径側端部に小径内周面２５が形成されている。この構造では、外側の外方部材２０ｂの円筒部２０ｂ１の内周面２２と内側の外方部材２０ａの円筒部２０ａ１の外周面２１との間の嵌合部が十分な長さを有するので、安定した組立と接着固定を実現することができる。
【００３７】
以上の構成からなる流体動圧軸受装置１０の内部空間には焼結金属製の内方部材１１の内部気孔を含めて、潤滑油が充填される。潤滑油は、図３に示すように、ラジアル軸受隙間Ｒ、スラスト軸受隙間Ｔ、Ｔおよび空間３０ａ、３０ｂに満たされる。表面開孔率の大きい面取り部１１ｂ、１１ｃには、内方部材１１の内部の潤滑油が導かれて、空間３０ａ、３０ｂの潤滑油の圧力は正圧に保たれる。これに加えて、スラスト用動圧溝１３ａ、１３ａのヘリングボーン形状が回転によって外径側に潤滑油を送るポンプアウト仕様になっていることにより、潤滑油が外径側に送られて、空間３０a、３０ｂの潤滑油の圧力はより一層確実に正圧に保たれる。これにより、軸受性能の劣化を防止することができる。
【００３８】
シール面では、潤滑油は、軸受隙間の毛細管力により外径側（ラジアル軸受隙間Ｒ側）に引き込まれる。また、回転軸の回転に伴ってスラスト軸受隙間Ｔ内の潤滑油に遠心力や動圧溝による押し込み力が作用することにより、潤滑油が外径側（ラジアル軸受隙間Ｒ側）に押し込まれる。この遠心力、押し込み力と、軸受隙間による毛細管力とにより、潤滑油の漏れ出しを防止できることができる。
【００３９】
図４に本実施形態の流体動圧軸受装置１０を組み込んだファンモータ１を示す。このファンモータ１は、パソコンやＯＡ機器などの内部で発生する熱を外部へ排出し、内部を冷却するために使用されるもので、回転軸２を回転自在に非接触支持する流体動圧軸受装置１０と、回転軸２に取り付けられたファン３と、半径方向のギャップを介して対向させたステータコイル５０およびロータマグネット５１と、ケース５２とを備えている。ステータコイル５０はケース５２のハウジング部５３の外周に取り付けられ、ロータマグネット５１はファン３の内周に取り付けられる。ケース５２のハウジング部５３に流体動圧軸受装置１０が組み込まれている。このように構成されたファンモータ１において、ステータコイル５０に通電すると、ステータコイル５０とロータマグネット５１との間の磁力によりロータマグネット５１が回転し、これに伴って、ファン３が回転軸２と一体に回転する。
【００４０】
図１に示すように、流体動圧軸受装置１０は、外方部材２０の両内側面２３、２４の軸方向間に内方部材１１が設けられるため、外方部材２０の両内側面２３、２４と内方部材１１の両側面１３、１３とが軸方向に係合することにより、外方部材２０の内周から内方部材１１の抜けが規制される。これにより、内方部材１１および外方部材２０の分離を防止して流体動圧軸受装置１０を一体的に扱うことができるため、回転軸２やハウジング部５３への取り付けがしやすくなる。
【００４１】
次に、第１の実施形態の変形例を図５に示す。前述した第１の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明は省略する。以下の実施形態においても同様とする。
【００４２】
この変形例では、スラスト用動圧溝２３ａ、２４ａが、内側の外方部材２０ａの半径方向部２０ａ２の内側面２３と外側の外方部材２０ｂの半径方向部２０ｂ２の内側面２４に、それぞれ形成されている。そして、内方部材１１の両側面１３、１３は、凹凸のない平滑な面で形成されている。スラスト用動圧溝２３ａ、２４ａは、例えば、内側の外方部材２０ａと外側の外方部材２０ｂを板材からプレス加工により成形する際に、プレス加工により形成される。したがって、この動圧溝２３ａ、２４ａは高精度に形成できる。スラスト用動圧溝２３ａ、２４ａの形状は、図２の（ａ）および（ｃ）に示すものと同様である。その他の部分は、第１の実施形態と同様である。この変形例では、ラジアル用動圧溝１２ａを内方部材１１に形成したが、このラジアル用動圧溝１２ａも内側の外方部材２０ａに形成することもできる。
【００４３】
第２の実施形態を図６に基づいて説明する。この実施形態では、内方部材１１の軸方向両端にスリーブ部１１ｅ、１１ｆが突出して形成されている。スリーブ部１１ｅ、１１ｆの外径面は内側の外方部材２０ａの半径方向部２０ａ２の内径側端部に小径内周面２５および外側の外方部材２０ｂの半径方向部２０ｂ２の内径側端部に小径内周面２６にシール隙間をもって対向している。小径内周面２５および小径内周面２６は、軸受の外側に向かって拡径するテーパ状に形成され、スリーブ部１１ｅ、１１ｆの外径面４１、４２との間にシール空間Ｓ１、Ｓ２が形成されている。潤滑油の油面はシール空間Ｓ１、Ｓ２に保持される。
【００４４】
前述した第１の実施形態および本実施形態でも、動圧溝１２ａ、１３ａはヘリングボーン形状で一方向回転用である。本実施形態では回転方向を識別するために、次の表示を設けている。図６に示すように、内方部材１１の右側のスリーブ部１１ｆの端面４３には識別溝４４が形成されている。この識別溝４４のあるスリーブ部１１ｆの端部を、図のように右側に配置した場合、内方部材１１の回転方向が右方向（時計方向）であることが分かる。上記では識別表示を右側に配置した場合に、回転方向を右方向に設定したが、これとは反対に回転方向を左方向（反時計方向）に設定してもよい。
【００４５】
図７に識別溝４４の詳細を示す。流体動圧軸受装置１０の右側側面図である。内方部材１１のスリーブ部１１ｆの端面４３に識別溝４４が形成されている。識別溝４４は直径上の２箇所に形成され、この識別溝４４は、焼結金属からなる内方部材１１の粉末成形工程あるいはサイジング工程で形成される。したがって、内方部材１１の製造工程内で識別溝を形成するため、コスト増にならない。識別溝４４は上記のような形状の溝に限られず、例えば、直接回転方向を示す矢印形状の識別溝としてもよい。回転方向を識別する表示は、上記の他に、例えば、外方部材２０の外表面に回転方向を示す表示を設けることや、内側の外方部材２０ａと外側の外方部材２０ｂとが異なる色相の表面に形成してもよい。このためには、異なる色相の材質を用いたり、表面処理を施す。
【００４６】
第２の実施形態では、図６に示すように内側の外方部材２０ａの円筒部２０ａ１の外周面２１の開口端部に凸部２１ａが設けられている。この凸部２１ａを含むＢ−Ｂ線の横断面を図８に示す。凸部２１ａは、内側の外方部材２０ａの円筒部２０ａ１の外周面２１に、円周方向の８箇所に形成されている。この凸部２１ａが、外側の外方部材２０ｂの円筒部２０ｂ１の内周面２２に圧入される。そして、スラスト軸受隙間を設定した状態で凸部２１ａにより仮固定され、接着剤４５を介在させて固定されている。凸部２１ａが外側の外方部材２０ｂの円筒部２０ｂ１の内周面２２に部分的に圧入される状態になるので、内側の外方部材２０ａと外側の外方部材２０ｂの精度が損なわれない。なお、凸部２１ａは、内側の外方部材２０ａの円筒部２０ａ１の外周面２１に８箇所形成したが、凸部２１ａの数は３個以上であれば、適宜の数とすることができ、凸部２１ａの形状は丸い突起に限ることなく、軸方向に延びる形状なども可能である。また、凸部は、外側の外方部材２０ｂの円筒部２０ｂ１の内周面２２に形成することもできる。要するに、凸部は、内側の外方部材２０ａと外側の外方部材２０ｂの精度が損なわない範囲で圧入できるものであって、スラスト軸受隙間を設定した状態で凸部により仮固定されるものであれば、どのような形態であっても良い。その他の部分は、第１の実施形態と同様である。また、動圧溝の形成形態は、本実施形態のものに限らず、前述した第１の実施形態の変形例の形成形態であってもよい。
【００４７】
図６において、内方部材１１のスリーブ部１１ｅ、１１ｆの端部から、潤滑油の滲み出しを防止するために、端面４３ａ、４４ｂ、端部外周面４１、４２および面取り部１１ｄを封孔処理することが望ましい。また、潤滑油の滲み出しを防止する別の方法として、スリーブ部１１ｅ、１１ｆの端部に撥油剤を塗布しても良い。さらに、これらを組み合わせることにより、効果をより高めることができる。
【００４８】
第１の実施形態および本実施形態では、内側の外方部材２０ａの半径方向部２０ａ２と外側の外方部材２０ｂの半径方向部２０ｂ２およびこれに対向する内方部材１１の側面１３、１３を軸線Ｈに対して直角に形成したものを示したが、これに限らず、半径方向部２０ａ２、半径方向部２０ｂ２およびこれに対向する側面１３、１３を円錐状に傾斜して形成することもできる。
【００４９】
次に、本発明の流体動圧軸受装置の組立方法を図９〜１１に基づいて説明する。この組立方法では、第２の実施形態の流体動圧軸受装置を示すが、第１の実施形態およびその変形例でも同様となる。
【００５０】
図９に示す隙間設定装置は、固定治具Ｆとこの固定治具Ｆの内側に配置され上下方向に移動可能な移動治具Ｇとから構成される。固定治具Ｆは、載置面３０、ガイド面３４および移動治具Ｇと摺動自在に嵌合する内周面３５を有する。移動治具Ｇは、肩面３６、ガイド面３７および固定治具Ｆと摺動自在に嵌合する外周面３８を有する。この隙間設定装置の外で、内方部材１１を内側の外方部材２０ａと外側の外方部材２０ｂの中に収容し、スラスト軸受隙間Ｔのない状態まで内側の外方部材２０ａを外側の外方部材２０ｂに対して相対的に押し込む。この状態の外側の外方部材２０ｂ、内側の外方部材２０ａ、内方部材１１のセットを、図９に示すように、固定治具Ｆおよび移動治具Ｇに載置する。すなわち、内方部材１１の内周面１１ａを移動治具Ｇのガイド面３７に嵌合させた後、外側の外方部材２０ｂ、内側の外方部材２０ａ、内方部材１１のセットを下方に挿入し、固定治具Ｆのガイド面３４に嵌合させて、さらに下方に挿入し、外側の外方部材２０ｂの半径方向部２０ｂ２の外側面を載置面３０に当接させて設置する。このとき、移動治具Ｇは下方に後退している。
【００５１】
その後、移動治具Ｇを上昇させ、外側の外方部材２０ｂと内側の外方部材２０ａとの間にスラスト軸受隙間Ｔがゼロの状態の内方部材１１のスリーブ部１１ｆの下端面に移動治具Ｇの肩面３６を当接させる。この位置を基準位置として、図１０に示すように、移動治具Ｇをさらに上昇させて内方部材１１を上方へ移動させ、凸部２１ａを介して圧入されていた外側の外方部材２０ｂから内側の外方部材２０ａを離隔させる。外側の外方部材２０ｂの内側面２４と内方部材１１の側面１３との間の隙間が両側のスラスト軸受隙間Ｔの合計量Δとなる位置で止め、隙間設定が終了する。
【００５２】
この組立方法では、固定治具Ｆ、移動治具Ｇからなる隙間設定装置外で、外側の外方部材２０ｂ、内側の外方部材２０ａ、内方部材１１をセットし、仮固定することができる。そして、固定治具Ｆ、移動治具Ｇからなる隙間設定装置では隙間設定のみを行うので、作業性がよい。
【００５３】
以上のようにして、スラスト軸受隙間Ｔが設定され、外側の外方部材２０ｂと内側の外方部材２０ａとが仮固定された状態で、図１１に示すように、ノズル４０により接着剤を外側の外方部材２０ｂと内側の外方部材２０ａの嵌合部に注入する。外側の外方部材２０ｂの円筒部２０ｂ１の端面の内周面２２に面取り部２８を設けているので、接着剤の注入がしやすい。その後、焼成して接着剤を固化する。嫌気性の接着剤など焼成を省略できる接着剤を用いてもよい。あるいは、先に接着剤を塗布してからスラスト軸受隙間Ｔを設定してもよい。いずれの場合でも、外側の外方部材２０ｂと内側の外方部材２０ａとが仮固定されているので、設定されたスラスト軸受隙間Ｔを維持するための特殊な治具は不要であり、作業性が向上する。
【００５４】
組み立てられた内方部材１１と外方部材２０との間に、焼結金属製の内方部材１１の内部気孔を含めて、潤滑油が注入される。その後、流体動圧軸受装置１０の使用環境で想定される最高温度（上限）を超える設定温度まで加熱し、このときの熱膨張によりスラスト軸受隙間Ｔの内径側端部から溢れ出した潤滑油を拭き取る。その後、常温まで冷却することにより潤滑油が収縮し、油面が軸受内部側（外径側）に後退して、シール空間Ｓ１、Ｓ２に保持される。これにより、想定される温度範囲内であれば、熱膨張により潤滑油が漏れ出すことはない。以上により、流体動圧軸受装置１０が完成する。
【００５５】
以上の実施形態では、動圧溝１２ａ、１３ａ、２３ａ、２４ａをヘリングボーン形状で構成したが、スパイラル形状、ステップ形状、円弧形状など適宜の動圧溝で構成することができる。また、動圧溝１２ａを有するラジアル軸受面１２Ｒを軸方向の複数個所に形成しても良い。
【符号の説明】
【００５６】
１      ファンモータ
２      回転軸
３      ファン
１０    流体動圧軸受装置
１１    内方部材
１１ａ  内周面
１２ａ  ラジアル用動圧溝
１２Ｒ  ラジアル軸受面
１３ａ  スラスト用動圧溝
１３Ｔ  スラスト軸受面
２０    外方部材
２０ａ  内側の外方部材
２０ｂ  外側の外方部材
２３ａ  スラスト用動圧溝
２３Ｔ  スラスト軸受面
２４ａ  スラスト用動圧溝
２４Ｔ  スラスト軸受面
２９Ｒ  ラジアル軸受面
Ｒ      ラジアル軸受隙間
Ｔ      スラスト軸受隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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